DE19636711A1 - Verbesserungen an oder bezüglich Spektrometern - Google Patents
Verbesserungen an oder bezüglich SpektrometernInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Fourier-
Transformations-Spektrometer, die verwendet werden, um Daten
zu erzeugen, die zum Spektrum einer Lichtquelle gehören. Sie
betrifft insbesondere aber nicht ausschließlich Fourier-
Transformations-Spektrometer, die verwendet werden können, um
die Anwesenheit eines speziellen Gases oder einer speziellen
Flüssigkeit in Abhängigkeit vom Spektrum des Lichts nachzuwei
sen, das das Gas oder die Flüssigkeit durchlaufen hat.
Die Erfassung spezieller Gase oder Flüssigkeiten ist eine
wichtige Erfordernis bei manchen Veredelungs- und Herstel
lungsverfahren. Diese Erfordernis kann beispielsweise in der
Erfassung schädlicher Nebenprodukte bestehen, die infolge
solcher Verfahren erzeugt werden können.
Eine bekannte Technik zum Nachweisen der Anwesenheit eines
Gases oder einer Flüssigkeit besteht darin, ein Spektrometer
zu verwenden, um Daten zu er zeugen, die zum Spektrum des in
das Spektrometer eintretenden Lichts gehören, nachdem es durch
das Gas oder die Flüssigkeit hindurchgelaufen ist, da ein Gas
oder eine Flüssigkeit durch eine spezielle absorbierte Licht
frequenz oder durch spezielle absorbierte Lichtfrequenzen
gekennzeichnet sein kann. Es ist durch Vergleichen der zum
Lichtspektrum gehörenden Daten in Abwesenheit des Gases oder
der Flüssigkeit mit den Daten in deren Anwesenheit möglich,
das Gas oder die Flüssigkeit nachzuweisen. Es ist weiterhin
bei Kenntnis der Frequenz des von einem speziellen Gas oder
einer speziellen Flüssigkeit absorbierten Lichts möglich, das
nachgewiesene Gas oder die nachgewiesene Flüssigkeit zu iden
tifizieren.
Bis vor kurzem waren Fourier-Transformations-Spektrometer
zerbrechliche und teure Geräte, die die Verwendung von mit
engen Toleranzen hergestellten optischen Bauteilen erforder
ten. Dies liegt daran, daß diese Spektrometer auf dem Michel
son-Interferometer beruhten. Das Michelson-Interferometer
bildet ein Interferogramm einer Punktlichtquelle und ist mit
einer Einrichtung versehen, um zwei von der Punktlichtquelle
abgeleitete kohärente Lichtstrahlen miteinander zur Interfe
renz zu bringen. Durch Ändern der Wegdifferenz zwischen den
beiden Strahlen wird ein Interferogramm gebildet, das eine
Intensitäts-Autokorrelation der Lichtquelle repräsentiert.
Eine Fourier-Transformation des Interferogramms führt zur
Erzeugung von Daten, die zum Spektrum der Lichtquelle gehören.
Die Wegdifferenz zwischen den beiden Lichtstrahlen wird
durch eine mechanische Bewegung optischer Bauteile erreicht,
wodurch ein Michelson-Interferometer zerbrechlich und daher
für die vorhergehend erwähnten industriellen Anwendungen
ungeeignet wird. Es wurden jedoch kürzlich bekanntgewordene
Fortschritte zur Entwicklung eines Fourier-Transformations-
Spektrometers durch Verwendung doppelbrechender optischer
Bauteile erzielt, indem eine Einrichtung zum Bilden eines
Interferogramms ohne eine mechanische Bewegung aufgenommen
wurde.
Ein solches Fourier-Transformations-Spektrometer ist in
der US-Patentschrift 4 732 481 beschrieben, deren Erfinder
Matsui u. a. sind. Dieses Patent wird nachfolgend als Matsui-
Patent bezeichnet.
Wie Fachleuten bekannt ist, weist ein doppelbrechendes
Material die Eigenschaft auf, daß ein in das Material eintre
tender unpolarisierter Lichtstrahl dadurch, daß sich eine der
beiden Komponenten schneller durch das doppelbrechende Materi
al bewegt als die andere, in zwei orthogonal polarisierte
Komponenten aufgeteilt wird, die als ordentliche bzw. außeror
dentliche Komponente bekannt sind.
Im Matsui-Patent ist ausgeführt, daß ein Fourier-
Transformations-Spektrometer mit einer Einrichtung zur Erzeu
gung eines Interferogramms versehen sein kann, wobei ein
doppelbrechendes optisches Bauteil mit einem Wollaston-Prisma
verwendet wird, welches benutzt wird, um einen Lichtstrahl in
zwei Komponenten aufzuteilen, die sich bei unterschiedlichen
Geschwindigkeiten durch das Wollaston-Prisma bewegen und die
auseinanderlaufenden Wegen folgen, wenn sie das Prisma verlas
sen. Durch das Wollaston-Prisma wird das Spektrometer mit
einer Einrichtung zur Erzeugung einer Wegdifferenz zwischen
den beiden Lichtstrahlen versehen, wobei keine mechanische
Bewegung der optischen Bauteile erforderlich ist.
Wie Fachleuten bekannt ist, ist ein Wollaston-Prisma ein
optisches Bauteil, das zwei aneinandergrenzend nebeneinander
gestellte Keile aus einem doppelbrechenden Material aufweist,
wobei das Licht im ersten der beiden Keile in einen ordentlich
und einen außerordentlich polarisierten Strahl aufgeteilt
wird, die im ersten doppelbrechenden Keil einem gemeinsamen
Weg folgen, die jedoch dort, wo sie auf eine Grenzfläche
zwischen dem ersten und dem zweiten Keil treffen, unter glei
chen und entgegengesetzten Winkeln bezüglich des Weges ausein
anderlaufen. Der ordentliche und der außerordentliche Strahl
treten also auseinanderlaufenden Wegen folgend aus dem zweiten
Keil des Wollaston-Prismas aus.
Beim Matsui-Patent wird das aus dem Wollaston-Prisma
austretende Licht durch einen zweiten Polarisator geschickt,
wodurch die Bereitstellung ähnlich polarisierter Strahlen
erleichtert wird, die miteinander interferieren können. Um
jedoch ein Interferogramm zu bilden, muß eine Linse verwendet
werden, um die Lichtstrahlen auf eine Ebene zu fokussieren, in
der sich ein Detektor befindet.
Ein Nachteil des im Matsui-Patent offenbarten Spektro
meters besteht darin, daß zur Bildung des Interferogramms eine
Linse verwendet wird. Dies liegt daran, daß die Linse um
wirksam zu sein, im Vergleich zu anderen optischen Bauteilen
aus denen das Spektrometer hergestellt ist, eine relativ lange
Brennweite haben muß. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß
das Spektrometer für eine Verwendung mit einer ausgedehnten
Lichtquelle ungeeignet ist.
Wie Fachleuten bekannt ist, weist durch eine Blende hin
durchtretendes Licht von einer ausgedehnten Lichtquelle Licht
strahlen auf, die mehrere von einer Ebene, in der sich die
Blende befindet, begrenzte Einfallswinkel aufweist, während
Licht von einer Punktquelle Lichtstrahlen aufweisen, bei denen
der gleiche Einfallswinkel von der Blendenebene begrenzt wird.
Ein optisches Instrument, das mit einer Einrichtung zum
Verwenden von Licht von einer ausgedehnten Quelle versehen
ist, weist den Vorteil auf, daß die Menge des Lichts von
dieser Quelle, die das Instrument verwenden kann, erheblich
größer ist als die Menge, die von einem optischen Instrument
verwendet werden kann, das nur Licht von einer Punktquelle
verwerten kann.
Eine weitere bekannte Entwicklung des Fourier-
Transformations-Spektrometers besteht darin, ein zweites
doppelbrechendes optisches Bauteil zu verwenden, um zu bewir
ken, daß aus einem ersten Wollaston-Prisma austretendes aus
einanderlaufendes Licht auf einem Detektor zusammengeführt
wird, wodurch eine Linse mit einer langen Brennweite überflüs
sig gemacht wird. Ein solches Fourier-Transformations-
Spektrometer ist in unserer anhängigen Patentanmeldung
PCT/GB94/01499 offenbart, auf die hiermit verwiesen sei. Die
Verwendung eines zweiten doppelbrechenden Bauteils führt zu
einer erheblichen Verringerung der Größe des Fourier-
Transformations-Spektrometers. Weiterhin ist es wahrschein
lich, daß die Kosten eines geeigneten doppelbrechenden opti
schen Bauteils verglichen mit denen einer geeigneten Linse
relativ gering sind. Ein weiterer Vorteil unseres verbesserten
Spektrometers besteht darin, daß es die Bildung eines Inter
ferogramms des Lichts einer ausgedehnten Lichtquelle erleich
tert, da es ein erweitertes Gesichtsfeld aufweist.
Wie Fachleuten bekannt ist, bezeichnet der Begriff Ge
sichtsfeld den maximalen Bereich in einer gegebenen Entfer
nung, der durch ein optisches Instrument gesehen werden kann.
Das Gesichtsfeld ist ein wichtiger Faktor bei der Konstruktion
eines optischen Instruments, da es die Lichtmenge von einer
verfügbaren Quelle und den maximalen Einfallswinkel des
Lichts, welche das Instrument verwenden kann, bestimmt.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
Fourier-Transformations-Spektrometer mit einem verbesserten
Gesichtsfeld zu schaffen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fourier-
Transformations-Spektrometer vorgesehen, das einen ersten und
einen zweiten Polarisator, ein zwischen dem ersten und dem
zweiten Polarisator angeordnetes doppelbrechendes optisches
Bauteil sowie eine Detektoreinrichtung aufweist, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß die Polarisationsachsen des ersten und
des zweiten Polarisators in etwa unter 45° zu den optischen
Achsen des doppelbrechenden optischen Bauteils ausgerichtet
sind und daß der Aufbau des doppelbrechenden optischen Bau
teils derart ist, daß durch den ersten Polarisator polarisier
tes Licht einer ausgedehnten Quelle durch das doppelbrechende
optische Bauteil in auseinanderlaufende Strahlen aufgeteilt
wird und daraufhin durch dieses Bauteil zusammengeführt wird,
so daß das Licht nach dem Durchlaufen des zweiten Polarisators
ein Interferogramm in einer Ebene bildet, in der sich die
Detektoreinrichtung befindet.
Auf diese Weise wird ein Interferogramm des Lichts der
ausgedehnten Quelle ohne eine Einrichtung aus einer Linse oder
einem zweiten doppelbrechenden optischen Bauteil gebildet.
Wie Fachleuten verständlich sein wird, besteht ein Weg des
Erweiterns des Gesichtsfelds eines Fourier-Transformations-
Spektrometers, das auf doppelbrechenden optischen Bauteilen
beruht, darin, die optische Dicke der doppelbrechenden opti
schen Bauteile zu verringern. Wie vorhergehend erklärt wurde,
weisen bekannte Fourier-Transformations-Spektrometer doppel
brechende optische Bauteile auf, die den ordentlichen und den
außerordentlichen Strahl trennen, so daß sie auseinanderlau
fenden Wegen folgen, wodurch eine Linse oder ein zweites
doppelbrechendes Bauteil erforderlich wird, um die Strahlen
zusammenzuführen. Durch Verwenden eines doppelbrechenden
optischen Bauteils, das die Strahlen in auseinanderlaufende
Wege aufteilt und das die Strahlen daraufhin nach dem Durch
laufen des doppelbrechenden optischen Bauteils zusammenführt,
wird ein zweites doppelbrechendes optisches Bauteil oder eine
Linse zur Bildung des Interferogramms überflüssig gemacht. Die
optische Dicke des sich ergebenden Fourier-Transformations-
Spektrometers ist daher erheblich verringert, wodurch das
Gesichtsfeld verbessert wird und die Kosten des Spektrometers
möglicherweise verringert werden.
Das doppelbrechende optische Bauteil kann einen ersten und
einen zweiten doppelbrechenden Keil aufweisen, die aneinander
grenzend nebeneinandergestellt sind, wobei die optische Achse
des ersten Keils unter einem Winkel geneigt ist, der durch
Ebenen senkrecht zu einer optischen Achse des doppelbrechenden
optischen Bauteils begrenzt ist, und wobei die optische Achse
des zweiten Keils im wesentlichen senkrecht zur optischen
Achse des doppelbrechenden optischen Bauteils verläuft, wo
durch das Licht in zwei orthogonal polarisierte Strahlen
aufgeteilt wird, die im ersten Keil auseinanderlaufenden Wegen
folgen, und wodurch die beiden Strahlen nach dem Durchlaufen
des zweiten Keils zusammengeführt werden, so daß sie in der
Ebene hinter dem doppelbrechenden optischen Prisma zusammenge
führt werden, wo sich der Detektor befindet.
Wie Fachleuten bekannt ist, ist die optische Achse eines
doppelbrechenden Kristalls die Achse, entlang der sich Licht
bei einer Geschwindigkeit ausbreitet, die unabhängig von der
Polarisation des Lichtes ist. Der Begriff optische Achse sei
hiermit als eine gedachte Referenzlinie zwischen zwei Punkten
festgelegt, von denen sich einer auf der Vorderseite und der
andere auf der Rückseite eines optischen Bauteils befindet.
Die Ebene, in der sich die Detektoreinrichtung befindet,
kann unter einem Winkel geneigt sein, der durch Ebenen be
grenzt wird, die senkrecht zur optischen Achse des doppelbre
chenden Bauteils verlaufen.
Die Detektoreinrichtung kann aus mehreren Detektoren
bestehen, die zusammenwirkend der Erzeugung von Daten dienen,
die zu einem Interferogramm gehören.
Die Detektoreinrichtung kann aus einer linearen Detektor
anordnung bestehen.
Die Detektoreinrichtung kann eine Kamera sein.
Die Kamera kann eine CCD-Kamera sein.
Die Kamera kann eine Fernsehkamera sein.
Das Fourier-Transformations-Spektrometer kann weiterhin
eine auf die Detektoreinrichtung ansprechende Datenverarbei
tungseinheit aufweisen, um gemäß einer Fourier-Transformation
des von der Detektoreinrichtung erfaßten Interferogramms zum
Spektrum des in das Spektrometer eintretenden Lichts gehörende
Daten zu erzeugen, wobei ein Datenspeicher an die Datenverar
beitungseinheit angeschlossen ist, um die zu dem Spektrum
gehörenden Daten zu speichern und um weitere Daten zu spei
chern, die zu vorgegebenen Lichtspektren gehören, wodurch eine
Identifikation eines speziellen Gases oder einer speziellen
Flüssigkeit, durch das oder durch die das in das Spektrometer
eintretende Licht hindurchgetreten ist, durch Vergleichen der
zu diesem Spektrum gehörenden Daten mit den weiteren Daten
erleichtert wird.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun
ausschließlich als Beispiel dienend Bezug nehmend auf die
begleitende Zeichnung beschrieben, in der:
Fig. 1 ein etwas schematisches Diagramm eines doppelbre
chenden optischen Bauteils ist,
Fig. 2a ein etwas schematisches Diagramm eines zum Iden
tifizieren eines speziellen Gases oder einer speziellen Flüs
sigkeit verwendeten Fourier-Transformations-Spektrometers ist,
Fig. 2b eine etwas skizzenhafte Darstellung eines auf
einem Detektor des in Fig. 2a dargestellten Fourier-
Transformations-Spektrometers gebildeten Interferogramms ist.
Ein Fourier-Transformations-Spektrometer gemäß der vorlie
genden Erfindung kann aus einem doppelbrechenden optischen
Bauteil hergestellt werden, wie in Fig. 1 dargestellt ist.
Das in Fig. 1 dargestellte doppelbrechende optische Bauteil 1
weist 2 aneinandergrenzend nebeneinandergestellte doppelbre
chende Keile 2 und 3 auf. Diese beiden Keile 2 und 3 können
auf einem geeigneten doppelbrechenden optischen Material wie
Kalzit, Rutil, Quarz oder Lithiumniobat hergestellt sein. Der
doppelbrechende Keil 2 ist so hergestellt, daß seine optische
Achse unter einem Winkel geneigt ist, der durch eine senkrecht
zur optischen Achse 4 des doppelbrechenden optischen Bauteils
1 verlaufenden Ebene begrenzt wird. Die Orientierung der
optischen Achse des ersten doppelbrechenden Keils 2 ist durch
einen Pfeil 5 angedeutet. Der zweite doppelbrechende Keil ist
so hergestellt, daß seine optische Achse senkrecht zur opti
schen Achse 4 des doppelbrechenden optischen Bauteils 1 ver
läuft. Dies ist durch das Zeichen 6 angedeutet, das im zweiten
doppelbrechenden Keil 3 dargestellt ist.
Wie Fachleuten bekannt ist, weist das Zeichen 6 darauf
hin, daß die Orientierung der optischen Achse eines optischen
Bauteils senkrecht zur Zeichenebene verläuft.
Wie bereits erklärt wurde, polarisiert ein doppelbrechen
des Material einfallendes Licht in zwei orthogonale Komponen
ten, die als ordentliche und außerordentliche Komponente
bezeichnet werden. Die Wirkung der Herstellung der beiden
doppelbrechenden Keile 2 und 3 in der vorhergehenden Weise
besteht darin, daß ein auf den ersten Keil 2 fallender Licht
strahl 7 in zwei Wege 8 und 9 getrennt wird, wobei die ordent
liche Komponente dem einen folgt und die außerordentliche
Komponente dem anderen folgt. Nach dem Durchlaufen des ersten
doppelbrechenden Keils 2 fällt dem ersten der beiden Wege 8
folgendes Licht an einem Punkt 11 zwischen dem ersten doppel
brechenden Keil 2 und dem zweiten doppelbrechenden Keil 3 auf
die Grenzfläche 10, während dem zweiten der beiden Wege 9
folgendes Licht an einem zweiten Punkt 12, der vom ersten
Punkt 11 getrennt und gegenüber diesem versetzt ist, auf die
Grenzfläche 10 fällt.
Infolge des Aufbaus des optischen Bauteils 1 ist die
Grenzfläche 10 zwischen den beiden doppelbrechenden Keilen 2
und 3 unter einem Winkel geneigt, der durch eine senkrecht zur
optischen Achse 4 des doppelbrechenden Bauteils 1 verlaufende
Ebene begrenzt wird. Dies führt zur Phasendifferenz zwischen
den den beiden Wegen 8 und 9 folgenden Lichtstrahlen, die sich
im Verhältnis zum Abstand d zwischen dem Punkt 13, an dem der
Lichtstrahl 7 auf den ersten doppelbrechenden Keil 2 fällt und
der optischen Achse 4 des optischen Bauteils 1 ändert.
Den beiden Wegen 8 und 9 folgendes Licht erfährt an den
Punkten 11 und 12 eine Ablenkung, was ein Zusammenlaufen des
Lichts, das den beiden Wegen folgt, nach dem Durchlaufen des
zweiten Keils 3 bewirkt. Das doppelbrechende optische Bauteil
l ist daher so aufgebaut, daß durch das optische Bauteil 1
hindurchlaufendes Licht eine lokale Streifenebene hinter dem
Bauteil 1 bildet, falls die Polarisation der beiden Licht
strahlen in der Streifenebene gleich ist.
Ein Fourier-Transformations-Spektrometer mit dem doppel
brechenden Bauteil 1 ist in Fig. 2a dargestellt, wobei die
Teile des doppelbrechenden optischen Bauteils, die in Fig. 1
dargestellt sind, dieselben Bezugszahlen aufweisen. Das dop
pelbrechende Bauteil 1 ist in Fig. 2a als zwischen den beiden
Polarisatoren 14 und 15 angeordnet dargestellt. Durch eine
Blende 16 tretendes Licht wird durch den ersten der beiden
Polarisatoren 14 polarisiert, so daß das polarisierte Licht,
wenn es auf das doppelbrechende Bauteil 1 fällt, unter einem
Winkel von 45° zur optischen Achse des ersten doppelbrechenden
Keils 2 polarisiert ist.
Die Blende 16 ist durch ein Loch in einer das Spektrometer
umgebenden Abschirmung gebildet. Gegenüberliegende Seiten 17
und 18 der Blende 16, die durch die Abschirmung gebildet sind,
sind in Fig. 2a dargestellt. Die Blende 16 ist breit genug
ausgebildet, um Licht von einer Quelle eintreten zu lassen,
das sich aus Lichtstrahlen zusammensetzt, welche zahlreiche
Einfallswinkel bezüglich einer die Blende 16 enthaltenden
Ebene aufweisen. Wie bereits erklärt wurde, ist eine Quelle
solchen Lichts als ausgedehnte Lichtquelle bekannt. Zur Veran
schaulichung sind in Fig. 2a drei durch die Blende 16 fallen
de Lichtstrahlen 19, 20 und 21 dargestellt, die unterschiedli
che Einfallswinkel aufweisen.
Nach dem Durchlaufen des Polarisators 14 durchlaufen die
Lichtstrahlen 19, 20 und 21 das doppelbrechende optische
Bauteil 1, das bewirkt, daß das Licht nach dem Durchlaufen des
zweiten der beiden Polarisatoren 15 auf einem Detektor 23 eine
lokale Streifenebene bildet. Der zweite Polarisator 15 polari
siert das aus dem doppelbrechenden Bauteil 1 austretende Licht
derart, daß es unter 45° zur optischen Achse des zweiten Keils
3 steht. Die durch den zweiten Polarisator 15 erzeugte Polari
sation erleichtert die Bereitstellung ähnlich polarisierter
Strahlen, die auf dem Detektor 23 ein Interferogramm bilden.
Wie in Fig. 2a dargestellt ist, ist der Detektor 23 unter
einem Winkel geneigt, der von senkrecht zur optischen Achse
verlaufenden Ebenen begrenzt wird. Dies liegt an einem Her
stellungsmerkmal des vorhergehend beschriebenen doppelbrechen
den optischen Bauteils, das darin besteht, daß die durch das
optische Bauteil gebildete lokale Streifenebene unter einem
Winkel steht, der von einer Ebene begrenzt wird, die senkrecht
zur optischen Achse des optischen Bauteils steht.
Das Interferogramm wird durch den Detektor 23 erfaßt, der
mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Daten versehen ist,
die das Interferogramm entsprechend der das Interferogramm
bildenden Lichtintensität, die sich über den Detektor 23
ändert, repräsentieren. Diese Daten werden über einen Leiter
25 von einer Datenverarbeitungseinheit 24 aufgenommen, der
eine Fourier-Transformation der Daten durchführt, wodurch eine
Einrichtung bereitgestellt ist, um Daten zu erzeugen, die für
das Spektrum des in das Spektrometer eintretenden Lichtes
repräsentativ sind. Diese Daten können zur Betrachtung durch
einen Bediener auf einer Anzeigeeinrichtung 26 dargestellt
werden.
Wie bereits erklärt wurde, verläuft die Polarisation des
durch den ersten Polarisator 14 und den zweiten Polarisator 15
laufenden Lichts unter einem Winkel von 45° zur optischen
Achse des ersten doppelbrechenden Keils 2 bzw. des zweiten
doppelbrechenden Keils 3. Diese Anordnung liefert eine Ein
richtung, durch das die Intensität des Lichts in jedem der
beiden Wege innerhalb des doppelbrechenden optischen Bauteils
gleich ist. Dies liegt daran, daß das Licht dort, wo es in den
ersten doppelbrechenden Keil 2 eintritt, in die ordentlich und
die außerordentlich polarisierte Komponente polarisiert wird,
deren eine parallel zur Orientierung der optischen Achse des
Keils 2 verläuft, und deren andere unter 90° gegenüber dem
Orientierungswinkel der optischen Achse polarisiert ist. Um zu
gewährleisten, daß die ordentliche und die außerordentliche
Komponente die gleiche Intensität aufweisen, muß der erste
Polarisator das Licht unter 45° zur optischen Achse polarisie
ren. Um gleichermaßen eine Einrichtung bereitzustellen, durch
die die beiden das Interferogramm bildenden Lichtkomponenten
die gleiche Intensität aufweisen, muß der zweite Polarisator
eine Polarisationsachse aufweisen, die unter 45° zu den beiden
gleichphasigen Komponenten und der unter 90° zur optischen
Achse des zweiten Keils 3 polarisierten Komponente steht.
Infolge der Anwesenheit der Gasprobe 22 vor der Blende 16
ist in das Spektrometer einfallendes Licht durch die Gasprobe
22 getreten. Das Lichtspektrum hat sich daher entsprechend der
charakteristischen Frequenz oder den charakteristischen Fre
quenzen der durch die Gasprobe 22 absorbierten Lichtenergie
verändert. Ein Datenspeicher 27 wird verwendet, um in Abwesen
heit der Gasprobe 22 gemessene Daten zu speichern, die ein
Referenz-Lichtspektrum repräsentieren. Das Spektrometer ist
dadurch mit einer Einrichtung versehen, durch die die Daten
verarbeitungseinheit 24 die Gasprobe 22 durch einen Vergleich
des in Anwesenheit der Gasprobe 22 erfaßten Lichtspektrums mit
dem des Referenzspektrums entsprechend der charakteristischen
Frequenz des vom Gas absorbierten Lichts identifizieren kann.
In Fig. 2b ist eine Skizze eines Interferogramms darge
stellt, die die Lichtverteilung über den Detektor 23 zeigt,
wobei die Teile der Detektormatrix, die den in Fig. 2a darge
stellten entsprechen, dieselben Bezugszahlen aufweisen. In
Fig. 2b ist die Intensität des das Interferogramm bildenden
Lichts in seiner Änderung über den Detektor 23 durch einen
dunkel getönten grauen Bereich 28 wiedergegeben.
Der in den Fig. 2a und 2b dargestellte Detektor 23
weist eine lineare Matrix von Detektorelementen auf, deren
jedes Daten erzeugt, die der Intensität des auf das jeweilige
Element fallenden Lichts entsprechen. Es ist Fachleuten jedoch
leicht verständlich, daß der Detektor 23 eine jegliche Detek
toranordnung aufweisen kann, bei der mehrere Detektoren zusam
menwirken, um das Interferogramm repräsentierende Daten zu
erzeugen. Der Detektor 23 könnte gleichermaßen eine Kamera,
wie beispielsweise eine CCD-Kamera oder eine Fernsehkamera
sein.
Claims (9)
1. Fourier-Transformations-Spektrometer, enthaltend einen
ersten und einen zweiten Polarisator, ein zwischen dem ersten
und dem zweiten Polarisator angeordnetes doppelbrechendes
optisches Bauteil sowie eine Detektoreinrichtung, dadurch
gekennzeichnet, daß die Polarisationsachsen des ersten und des
zweiten Polarisators in etwa unter 45° zu den optischen Achsen
des doppelbrechenden optischen Bauteils ausgerichtet sind und
daß der Aufbau des doppelbrechenden optischen Bauteils derart
ist, daß durch den ersten Polarisator polarisiertes Licht
einer ausgedehnten Quelle durch das doppelbrechende optische
Bauteil in auseinander laufende Strahlen aufgeteilt wird und
daraufhin durch das doppelbrechende Bauteil zusammengeführt
wird, so daß das Licht nach dem Durchlaufen des zweiten Pola
risators ein Interferogramm in einer Ebene bildet, in der sich
die Detektoreinrichtung befindet.
2. Fourier-Transformations-Spektrometer nach Anspruch 1, bei
welchem das doppelbrechende optische Bauteil einen ersten und
einen zweiten doppelbrechenden Keil aufweist, die aneinander
grenzend nebeneinandergestellt sind, und bei welchem die
optische Achse des ersten Keils unter einem Winkel geneigt
ist, der durch Ebenen senkrecht zu einer optischen Achse des
doppelbrechenden optischen Bauteils begrenzt ist, und bei
welchem die optische Achse des zweiten Keils im wesentlichen
senkrecht zur optischen Achse des doppelbrechenden optischen
Bauteils verläuft, wodurch das Licht in zwei orthogonal pola
risierte Strahlen aufgeteilt wird, die im ersten Keil ausein
anderlaufenden Wegen folgen, und wodurch die beiden Strahlen
nach dem Durchlaufen des zweiten Keils zusammengeführt werden,
so daß sie in der Ebene hinter dem doppelbrechenden optischen
Prisma zusammengeführt werden, wo sich der Detektor befindet.
3. Fourier-Transformations-Spektrometer nach Anspruch 2, bei
welchem die Ebene, in der sich die Detektoreinrichtung befin
det, unter einem Winkel geneigt ist, der durch Ebenen begrenzt
wird, die senkrecht zur optischen Achse des doppelbrechenden
optischen Bauteils verlaufen.
4. Fourier-Transformations-Spektrometer nach Anspruch 3, bei
welchem die Detektoreinrichtung mehrere Detektoren aufweist,
die zusammenwirkend der Erzeugung von Daten dienen, die zu
einem Interferogramm gehören.
5. Fourier-Transformations-Spektrometer nach Anspruch 4, bei
welchem die Detektoreinrichtung eine linearen Detektor
anordnung aufweist.
6. Fourier-Transformations-Spektrometer nach Anspruch 4, bei
welchem die Detektoreinrichtung Teil einer Kamera ist.
7. Fourier-Transformations-Spektrometer nach Anspruch 6, bei
welchem die Kamera eine CCD-Kamera ist.
8. Fourier-Transformations-Spektrometer nach Anspruch 6, bei
welchem die Kamera eine Fernsehkamera ist.
9. Fourier-Transformations-Spektrometer nach einem der vor
hergehenden Ansprüche, welches eine auf die Detektoreinrich
tung ansprechende Datenverarbeitungseinheit aufweist, um gemäß
einer Fourier-Transformation des von der Detektoreinrichtung
erfaßten Interferogramms zum Spektrum des in das Spektrometer
eintretenden Lichts gehörende Daten zu erzeugen, wobei ein
Datenspeicher an die Datenverarbeitungseinheit angeschlossen
ist, um die zu dem Spektrum gehörenden Daten zu speichern und
um weitere Daten zu speichern, die zu vorgegebenen Lichtspek
tren gehören, wodurch eine Identifikation eines speziellen
Gases oder einer speziellen Flüssigkeit, durch das oder durch
die das in das Spektrometer eintretende Licht hindurchgetreten
ist, durch Vergleichen der zu diesem Spektrum gehörenden Daten
mit den weiteren Daten erleichtert wird.
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